Cómo el organigrama de la oficina en tu cerebro te ayuda a organizar tus acciones

Cómo el organigrama de la oficina en tu cerebro te ayuda a organizar tus acciones

Los científicos de Salk descubren cómo los diferentes tipos de células cerebrales organizan y controlan los comportamientos aprendidos, lo que ofrece información sobre el Parkinson y el TOC

LA JOLLA—Conducir al trabajo, escribir un correo electrónico o jugar un partido de golf—las personas realizan acciones como estas a lo largo del día. Pero los neurocientíficos aún no están seguros de cómo el cerebro orquesta acciones complejas o cambia a una nueva acción, comportamientos que se ven afectados por trastornos como la enfermedad de Parkinson o el trastorno obsesivo-compulsivo (TOC).

Ahora, los investigadores de Salk han resuelto un debate científico de larga data sobre cómo se organiza el comportamiento en el cerebro. Dirigido por el profesor asociado Xin-jin, el equipo descubrió que la conducta aprendida se organiza en una jerarquía con múltiples niveles de control, lo que ofrece posibles nuevos objetivos terapéuticos para los trastornos que implican la incapacidad de controlar las propias acciones. El trabajo, que apareció en la revista Celular el 28 de junio de 2018, utilizó ratones entrenados para realizar secuencias de acción complejas para hacer el descubrimiento.

“Durante muchas décadas, los científicos han estado debatiendo cómo el cerebro organiza el comportamiento”, dice Jin, autor principal del estudio. “Usando la optogenética, una técnica que usa la luz para manipular la actividad de las células cerebrales, pudimos cambiar las acciones individuales que los animales planeaban realizar, revelando este nivel preciso de control neuronal”.

Cuando aprende un nuevo comportamiento, como atarse los cordones de los zapatos, una región del cerebro llamada cuerpo estriado orquesta la serie de acciones: agacharse, agarrar los cordones y hacer el nudo. Los científicos han debatido durante mucho tiempo si este tipo de pasos están organizados en una cadena, con cada paso desencadenando el siguiente (como fichas de dominó) o si hay un sistema más jerárquico en el trabajo, con múltiples niveles de control (como un organigrama de oficina).

Durante varias semanas, el equipo de Jin entrenó ratones para realizar una serie de presiones de palanca. En una caja hecha a la medida con una palanca a la izquierda y una palanca a la derecha, los ratones aprendieron que al presionar las palancas en el orden específico de izquierda-izquierda-derecha-derecha se obtenía un regalo. (El equipo nombró a esta serie "el baile del pingüino" por un baile en línea que a veces se realiza en bodas o fiestas).

Mientras los ratones realizaban la secuencia de la danza del pingüino, una computadora registró la actividad de dos tipos específicos de células cerebrales: las neuronas D1 y D2, que constituyen la mayoría de las células en el cuerpo estriado y han estado implicadas en el aprendizaje y la realización de acciones. Los investigadores utilizaron optogenética para activar estas neuronas con luz láser y toxina diftérica para inactivarlas, lo que permitió al equipo identificar y aislar cómo las células D1 y D2 controlan el comportamiento.

Curiosamente, la estimulación de las neuronas D1 hizo que los ratones añadieran una pulsación de palanca adicional a la secuencia, mientras que la estimulación de las neuronas D2 hizo que los ratones se saltaran las siguientes pulsaciones de palanca.

Al manipular las neuronas D1 o D2 en puntos precisos durante la ejecución de la danza del pingüino, los investigadores pudieron reconstruir cómo el cerebro aprendió y organizó la secuencia. También descubrieron mezclas inesperadas de neuronas que trabajan en conjunto para impulsar o suprimir el comportamiento.

"Las neuronas son como copos de nieve", dice Claire Geddes, estudiante de posgrado de UC San Diego e investigadora de Salk, la primera autora del artículo. “Las neuronas D1 y D2 tienen ciertos patrones similares, pero no todas hacen exactamente lo mismo. Hay una complejidad en la forma en que trabajan juntos para controlar el movimiento”.

El equipo encontró evidencia de tres niveles de control en la actividad neuronal. El nivel más bajo representaba la actividad con cada paso individual en la secuencia de acción, mientras que el nivel más alto representaba la actividad solo al iniciar o detener la secuencia general. En un nivel intermedio, las neuronas estaban activas solo durante el cambio de los animales de una acción a otra. Es similar al supervisor de un empleado que supervisa cada tarea frente a un alto ejecutivo que supervisa principalmente si un proyecto se inició o completó. En el medio están los mandos intermedios de la organización, que operan en medio de los otros dos.

Según Jin, Geddes y el coautor Hao Li, el trabajo revela una sutil complejidad del comportamiento neuronal en el cuerpo estriado que puede ayudar a explicar por qué las acciones aprendidas que realizamos siguen siendo tan flexibles: los supervisores de nuestro cerebro, los mandos intermedios y los altos ejecutivos pueden actualizar nuestros comportamientos para responder a los desafíos de nuestro entorno en constante cambio.

Agrega Jin, “Estoy particularmente entusiasmado con este estudio porque resuelve un debate de larga data sobre una pregunta fundamental en la neurociencia del comportamiento. Al mismo tiempo, al identificar cómo los diferentes tipos de células en el cerebro controlan nuestro comportamiento, proporciona una nueva visión de los posibles tratamientos para diferentes enfermedades neurológicas”.

El trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. (R01NS083815 y R01AG047669), la Fundación Dana, la Fundación Médica Ellison y la Fundación Whitehall.